細胞動力學讀書會丨第九期：生命物質的跨尺度輸運物理：從微觀動力學到功能涌現

導語

生命作為遠離平衡態的活性軟物質系統，其多層級有序結構的維持與功能涌現，核心依賴于跨時空尺度的受控物質輸運與復雜動力學耦合，也是解析生命復雜行為的關鍵物理切入點。本期讀書會為細胞動力學讀書會第九期，北京師范大學教授李輝將在本期聚焦生命物質的輸運特性，系統介紹其團隊在分子、細胞與組織尺度的跨尺度動力學研究成果，旨在揭示微觀輸運動力學如何驅動宏觀功能的涌現與轉變，從而為解析復雜生命行為提供底層物理機制與定量化判據。

集智俱樂部聯合北京師范大學大學教授李輝，中科院理論物理學所副研究員王維康、西湖大學生命科學學院博士后韋曉慧以及燭龍（上海）生物醫藥科技有限公司王艷博士共同發起「」，嘗試從單細胞數據中重構細胞的動力學，以揭示細胞狀態轉化的普遍特性和機制；通過分享經典文獻與最新研究進展，希望在數據、模型和生物過程間，建立起一種可以反復檢驗、不斷驗證的動態關系。

報告簡介

生命是典型的遠離平衡態的活性軟物質系統。經過億萬年的演化，生命構筑了從分子、細胞到組織及個體的多層級有序結構。其動力學行為橫跨多個時空尺度：從納米/毫秒級的微觀分子輸運，到微米/秒級的介觀細胞運動，直至毫米/小時級的宏觀組織形變。在這些尺度之間，復雜的動力學耦合驅動了生命功能的自組織涌現。1944年，薛定諤在《生命是什么》中提出，生命必須通過持續的能量耗散與“負熵”引入來對抗自發的無序化趨勢。從現代物理學視角審視，受控的物質輸運正是生命維持這一非平衡穩態的核心物理機制。本報告將聚焦生命物質的輸運特性，系統介紹我們團隊在分子、細胞與組織尺度的跨尺度動力學研究成果，旨在揭示微觀輸運動力學如何驅動宏觀功能的涌現與轉變，從而為解析復雜生命行為提供底層物理機制與定量化判據。

分享大綱

1. 生命系統的復雜性與物質輸運

2. 活細胞單分子動力學觀測技術及定量方法

3. 分子尺度：胞內輸運的動力學特征及調控規律

4. 細胞尺度：分子輸運驅動的細胞行為和功能

5. 組織尺度：流體輸運主導的多細胞力學

核心概念

生物物理，非平衡輸運，單分子熒光

主講人介紹

主講人：李輝，北京師范大學教授，博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者，中國科學院青促會成員。2006年本科畢業于山東大學物理學院，2012年博士畢業于中國科學院物理研究所。曾赴牛津大學、哈佛大學和麻省理工學院學術訪問。現擔任美國物理聯合會 (AIP) 期刊 Biophysics Reviews 副主編、中國物理學會 CPL 等四刊聯合青年編委等職。主要研究方向為生物物理與復雜系統。通過發展生命多尺度動力學實驗觀測及定量分析方法，研究了從生物分子、細胞、到組織的非平衡物理特性、調控規律，以揭示細胞遷移、凋亡、衰老、相分離等多種生命功能的復雜系統運行機制。

參考文獻

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2. Liu, F., Gao, B., Lei, L. R., Liu, S. N., Li, H. & Guo, M. Intercellular flow dominates the poroelasticity of multicellular tissues. Nature Physics21, 1311-1318 (2025).

3. Zhang, M. L., Zhang, Z., Niu, X. Z., Ti, H. Y., Zhou, Y. X., Gao, B., Li, Y., Liu, J. L., Chen, X. & Li, H. Interplay Between Intracellular Transport Dynamics and Liquid?Liquid Phase Separation. Advanced Science11, e2308338 (2024).

4. Jiang, C., Luo, H. Y., Xu, X., Dou, S. X., Li, W., Guan, D., Ye, F., Chen, X., Guo, M., Wang, P. Y. & Li, H. Switch of cell migration modes orchestrated by changes of three-dimensional lamellipodium structure and intracellular diffusion. Nat Commun14, 5166 (2023).

5. Li, B., Dou, S. X., Yuan, J. W., Liu, Y. R., Li, W., Ye, F. F., Wang, P. Y. & Li, H. Intracellular transport is accelerated in early apoptotic cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America115, 12118-12123 (2018).

時間信息

2026年4月10日（周五）晚19:30-21:30，騰訊會議線上進行,微信視頻號+集智俱樂部B站號同步直播，感興趣的朋友掃碼報名加入細胞動力學讀書會后，可進入學員群進行交流。

直播信息

報名讀書會：

「細胞動力學:基因網絡、群細胞、組織形態與發育」

由李輝、王維康、韋曉慧三位學者及王艷博士共同發起，并沿兩條主線展開：一是探討細胞命運、多穩態等理論核心；二是結合單細胞測序、時序推斷等方法，學習如何將靜態數據轉化為動態模型。

中將融合物理學、復雜科學與系統生物學，從Waddington景觀、自組織臨界，到反應-擴散模型與類器官實驗，繪制一幅理解細胞命運與群體動力學的連貫地圖。

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